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AUF ZU NEUEN UFERN
Einstein 1930 in Antwerpen, vor seiner
Überfahrt in die USA, die ihm eine
neue Heimat werden sollten.
Das Äquivalenzprinzip
sprachigen Welt zugänglich gemacht wurde,
Einstein selbst hatte seine Arbeiten nur
auf Deutsch verfasst. Eddington erkannte,
dass eine bevorstehende Sonnenfinsternis
im Mai 1919 eine günstige Gelegenheit
war, eine wichtige Vorhersage der
Relativitätstheorie zu testen: die Ablenkung
des Lichts durch schwere Massen.
Normalerweise kann man Sterne
knapp neben der Sonnenscheibe nicht
sehen, weil ihr Licht von der Sonne überstrahlt
wird. Bei einer totalen Sonnenfinsternis
allerdings lässt sich der Himmel
rund um die Sonne fotografieren, sodass
auch die Position der Sterne am Rand der
Sonnenscheibe genau vermessen werden
kann. Wenn sich das Licht der Sterne, so
wie die allgemeine Relativitätstheorie behauptet,
in starken Gravitationsfeldern
tatsächlich nicht auf geraden Linien, son-
GRAVITATION
Eine Kraft nach unten:
Ist es die Gravitation oder
das Ergebnis einer
Beschleunigung nach oben?
ABLENKUNG
Gravitation verbiegt
Lichtstrahlen. Bei einer
Sonnenfinsternis lässt sich
das messen – ein wichtiger
Beweis für Einsteins Theorie.
GEBOGENER RAUM
Der Raum wird durch Massen
verbogen, Sterne und
Planeten bewegen sich
entlang sogenannter
„Geodäten“.
Befindet sich jemand etwa in einer Kiste ohne Sicht
nach draußen, kann er nicht feststellen, ob er auf der
Erde steht oder ob er samt der Kiste konstant beschleunigt
nach oben gezogen wird. Lässt er einen
Stein aus der Hand gleiten, weiß er deshalb nicht,
ob der Stein von der Schwerkraft nach unten gezogen
wird oder durch die Trägheit aufgrund der Beschleunigung.
Einstein konstatierte: Es gibt keinen Unterschied
zwischen Beschleunigung und Schwerkraft.
Diese Gleichsetzung führte zu einer neuen Theorie
der Gravitation und hat verblüffende Effekte: So
läuft Zeit umso langsamer, je stärker die Gravitation
ist. Im Keller eines Hauses vergeht die Zeit langsamer
als auf dem Dach. In einem Schwarzen Loch
mit unendlicher Gravitation stünde die Zeit still.
Die gekrümmte Raumzeit
Raum und Zeit verkrümmen sich durch die bloße
Anwesenheit von Masse. Ohne Materie wäre der
Raum flach und Licht würde sich geradlinig ausbreiten.
Je größer die Masse eines Körpers, umso
deutlicher ist die Raumkrümmung, die er verursacht.
Man kann sich das ähnlich vorstellen wie eine
schwere Kugel, die auf einem straff gespannten
Gummituch liegt und es durch ihr Gewicht verzerrt.
Lässt man dann eine kleinere Kugel über das
Gummituch rollen, wird sie von den Verzerrungen
abgelenkt. Genauso muss die Erde auf ihrer Umlaufbahn
der Raumkrümmung folgen, die von der
Sonne verursacht wird. Die Masse sagt dem Raum,
wie er sich zu krümmen hat, und die Raumkrümmung
sagt den Himmelskörpern, wie sie sich zu
bewegen haben.
Ein Koordinatensystem für Raum und Zeit zu
definieren, ist ähnlich schwierig, wie ein Koordinatensystem
über einen Globus zu legen. Wenn wir
auf der Erdkugel Längengrade einzeichnen, dann
verallgemeinern wir damit das Konzept der geraden
Linie. Ähnliches macht man auch mit Koordinatensystemen
in der Raumzeit. An die Stelle der
geraden Linie tritt die sogenannte „Geodäte“. So
wie sich in der klassischen Mechanik alle Objekte
entlang einer geraden Linie bewegen, so lange keine
Kraft auf sie einwirkt, bewegt sich in der Relativitätstheorie
jedes Objekt entlang einer solchen
Geodäte. Sie ist aber nur in Ausnahmefällen gerade
– im Fall der Erde im Gravitationsfeld der Sonne
ist sie eine Ellipse. Die Gravitation in der Allgemeinen
Relativitätstheorie ist gar keine Kraft im
herkömmlichen Sinn – sie ist bloß die Geometrie
einer verbogenen Raumzeit.
30. September 2015 • profilwissen 3
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